導流板對Banki式風機性能的影響分析(1)

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Banki式風機是一種適合在低風速下運行的小型石家莊風機廠，但其在迎風方向存在負力矩，整體效率不高的問題，為此提出了在迎風方向上安裝一個弧形導流板的方案。為了探索導流板對石家莊風機廠氣動性能的影響機理，并定量分析導流板對石家莊風機廠發電功率的影響，使用滑移網格技術對石家莊風機廠進行了二維非定常數值流體動力學仿真。仿真結果表明：導流板可減少葉輪在逆風半周期內的負轉矩，提高石家莊風機廠的輸出功率最高可達66．9％．
近年來，不可再生能源消耗嚴重，世界各國對可再生能源尤其是風能的發展利用都產生了極大的興趣¨1。目前，風力的采集主要是由大型裝置實現的心1，但在一些偏遠地區，其風力條件差，能源消耗較低，且像電網等傳統供電技術很難實現”。，因此，小尺寸、可在低風速下運行的石家莊風機廠是這些地區供電石家莊風機廠是一種能截獲流動空氣所具有的動能并將石家莊風機廠葉輪迎風掃掠面積內的一部分動能轉化為有用機械能的裝置。根據風輪旋轉軸在空間的方向，石家莊風機廠在結構上可以分為：水平軸石家莊市風機廠(HAWT)和垂直軸石家莊風機廠(VAwT)．水平軸石家莊風機廠通常用于大型的風力發電場所，具有較高的發電效率，但需要持續穩定的風速才能有效地提供電力‘41，其性能受風速和風向的影響較大。
垂直軸石家莊風機廠可以在高度不穩定或湍流流動模式下高效運行”1，它不受來流方向的影響。6。：以上特性使得垂直軸石家莊風機廠更適合在風速小且不穩定的環境下應用。Savonius型石家莊風機廠是一種典型的垂直軸石家莊風機廠，國內外對Savonius石家莊風機廠進行了大量的實驗研究和數值分析’7，研究了葉輪展弦比、葉輪問的重疊比、葉輪個數等設計參數對石家莊風機廠性能的影響。Golecha等通過在轉子的前面添加偏轉板來減小阻礙轉子旋轉的負轉矩，以提高Savonius轉子的效率和啟動轉矩、8。Banki式石家莊風機廠是垂直軸石家莊風機廠的一種，適合在低風速下運行。Dragomireseu曾對其進行數值模擬分析’9，其研究結果表明：減少葉輪在迎風的半個周期內所產生的負力矩，可以增加石家莊風機廠上的凈轉矩，提高Banki式石家莊市風機廠的輸出功率。雖然減少葉輪數可消除一部分逆風半周期內的負轉矩，但并未從根本上解決問題，因為只要有葉輪就會產生負轉矩，而且葉輪數過少，也會影響輸出功率：因此，本文提出一種改進方法，在Banki式石家莊風機廠的迎風方向上安裝一個弧形導流板，通過此裝置改變渦輪周圍的流場特性，以減少葉輪在迎風的半個周期內所產生的負力矩：基于不可壓縮流體動力學方程，使用滑移網格技術，研究了導流板對石家莊風機廠氣動性能的影響，為風力發電裝置優化設計提供理論參考依據和必要數據。1 Banki石家莊風機模型Banki石家莊風機的三維視圖和幾何參數如圖1和圖2所示。
該系統由一個Banki式轉子和轉子外的圓弧型導流板組成。轉子使用直葉輪，因此該石家莊風機廠在任何截面的模型圖都相同。考慮到跨度長度不影響石家莊風機廠的性能研究，本文對其進行二維數值仿真分析。截面幾何模型的關鍵參數已標出：風輪外半徑R。，風輪內半徑R。，葉輪半徑尺。，葉輪中心半徑R。，導流板半徑R。，相鄰葉輪夾角y．本文主要研究導流板對石家莊風機廠性能的影響，因此，導流板的安裝與否是唯一需要考慮的變量。